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電機護環(huán)是緊固發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組端部線圈的箍圈,是發(fā)電機中承受應(yīng)力最高的部件之一,護環(huán)的完整性是保證電機正常工作的關(guān)鍵所在。電機護環(huán)作為機車電機的重要部件,因其特殊的工作環(huán)境,要求很高的屈服極限及較高的綜合力學(xué)性能。長期以來,護環(huán)失效都是引發(fā)電機轉(zhuǎn)子失效的主要原因,現(xiàn)有的電機護環(huán)所用材料及其生產(chǎn)工藝技術(shù)已影響了我國新型內(nèi)燃機車的發(fā)展進程。目前國內(nèi)外電機護環(huán)用鋼基本采用Mn-Cr系或Mn-Ni-Cr系不銹鋼,而本文采用高溫合金GH2132作為電機護環(huán)用材料。GH2132合金為Fe25Ni-15Cr基高溫合金,加入Mo 、 Ti、Al、V及微量P,主要通過時效析出y'-Nis( Ti,Al)相進行強化[13]同時由于Cr的存在,有良好的抗腐蝕性能。該合金在650℃以下具有高的屈服強度和持久,蠕變強度,并且具有較好的加工塑性及滿意的焊接性能,因此常被用作航空緊固件等。本文研究了熱處理對優(yōu)質(zhì)高強CH2132合金組織、性能影響,以獲得最佳綜合性能指標(biāo),滿足電機護環(huán)的使用要求。

試驗材料及方法

試驗所用材料GH2132的主要化學(xué)成分如表1所示。試樣經(jīng)線切割加工成b10 mm 的棒材,對試樣進行編號,分別使用不同的熱處理方法(見表2)。按照GB/T 228—2002《金屬材料室溫拉伸試驗方法》將試樣加工成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣,在 Instron8501電液伺服力學(xué)拉伸試驗機上進行拉伸試驗,測試其力學(xué)性能。用220HBS-300 數(shù)顯布氏硬度計測量硬度。試樣機械拋光后,用1.5 g CuSO4+20 mL HCl +20 mLCH,OH腐蝕液腐蝕30 ~40 s ,用臺式BX41光學(xué)顯微鏡、SUPRA40場發(fā)射掃描電鏡觀察顯微組織及晶粒度,y'相的大小和分布。用 MPD 型X-射線衍射儀進行物相分析。

試驗結(jié)果及分析

圖1是不同工藝熱處理后試樣的顯微組織?？梢钥闯?與固溶后未時效組織相比,合金經(jīng)固溶時效處理后,組織晶界清晰,晶粒均勻完整,且呈等軸狀,并伴有少量固溶處理后再結(jié)晶過程中通過堆垛層錯生長而形成的孿晶(見圖1( c)中插圖)。經(jīng)時效處理后,晶粒變得均勻細(xì)小,718℃時效的晶粒尺寸較700℃時效時的晶粒尺寸更加細(xì)小,分布更為均勻。

表3為合金不同工藝熱處理后的力學(xué)性能?？梢?，固溶后未時效處理試樣具有較低的強度和較高塑性,抗拉強度和屈服強度分別只有566.3 MPa和 343.5 MPa,斷后伸長率和斷面收縮率達到33.8%和38.4%。由于CH2132合金主要是通過析出y'-Nis(Ti，Al)相的沉淀強化作用來提高其強度,而未經(jīng)時效處理的合金沒有y'-Nis(Ti，Al)析出相,因此強度相對較低,而塑性較高。

合金固溶處理后經(jīng)700℃和718 ℃時效處理,強度和硬度明顯提高,其中抗拉強度分別提高到853.7 MPa和1055.0 MPa ,與未經(jīng)時效處理的試樣相比,分別提高了51%和86% ,屈服強度也分別提高了41%和89% ,硬度分別提高了26%和37%。經(jīng)過700℃時效后,合金塑性比沒有時效情況下有所下降,斷后伸長率和斷面收縮率分別降到23.3%和23.9% ;經(jīng)718℃時效后,斷后伸長率和斷面收縮率分別降到24.7%和26.9%。經(jīng)時效處理后,合金強度提高而塑性下降,這是由于時效使得固溶態(tài)的奧氏體析出y'相,起沉淀強化作用,同時析出相以切割機制阻止變形時位錯的運動,有利于強度的提高,但也會降低塑性,因此合金經(jīng)時效后出現(xiàn)強度升高,塑性下降的現(xiàn)象。

對25Ni15CrFe基高溫合金GH2132采用了3種不同熱處理制度,以研究時效及時效溫度對合金力學(xué)性能的影響。700℃時效能將固溶后的CH2132的抗拉強度提高51 % ,達到853.7 MPa,屈服強度提高了41 % ,達到485.6 MPa,伸長率和斷面收縮率有所下降,分別為23.3%和23.9%。這是由于在時效過程中析出了細(xì)小且彌散分布于基體的y'-Nis (Ti，Al)相起到了沉淀強化的作用。將時效溫度提高到718 ℃,y'相析出數(shù)量增加,合金的抗拉強度進一步提高,達到1055 MPa和647.3 MPa ,伸長率和斷面收縮率與700℃時效相比略有回升,達到24.7%和26.9%。因此,982℃固溶＋718℃時效能使合金獲得較好的綜合力學(xué)性能。